Л. А. Иванова, В. А. Шевченко, В. П. Киселев
Композиционные составы для локализации очагов разрушения дорожного покрытия

Введение

В настоящее время на автомобильных дорогах Сибирского региона и в целом по всей России преобладающим видом дорожного покрытия является асфальтобетон. В России протяженность дорог с усовершенствованным покрытием капитального типа составляет более 95 %, в странах Европы дорог с асфальтобетонным покрытием 97 % от общей протяженности, в Америке их более 90 %.

Дорожное покрытие в процессе эксплуатации подвергается многократным статическим и динамическим воздействиям механических нагрузок, вызывающим нормальные, растягивающие и сдвигающие напряжения, действию погодно-климатических факторов, а также агрессивному влиянию горючесмазочных материалов, которые обусловливают большое разнообразие дефектов, образующихся на дорожном покрытии. В большинстве случаев основными видами дефектов являются механические разрушения (износ, шелушение, выкрашивание, трещины, выбоины) и пластические деформации (волны, сдвиги, наплывы, колейность, просадки).

Для обеспечения транспортно-эксплутационных показателей автомобильных дорог ежегодно на дорогах страны, в том числе и Красноярского края, выполняются значительные объемы работ по ликвидации появляющихся дефектов и разрушений.

Для устранения дефектов на асфальтобетонных покрытиях в основном применяют мастичные составы на основе органических вяжущих с добавками, повышающими деформативность составов. Учитывая климатические условия Сибирского региона, можно предположить, что деформационные свойства мастик и асфальтобетона несовместимы при отрицательных температурах. Это может привести к преждевременному разрушению мастичных составов и ежегодному ремонту покрытий.

Подбор материалов и разработка композиций, сочетающихся в определенной степени с положительными параметрами мастичных составов и исключающих их негативные свойства, является актуальной задачей в разработке эффективных методов ремонта и восстановления асфальтобетонного покрытия дорог.

Широкие перспективы в этой области имеет технологическое направление с применением сухих строительных смесей (ССС) заводской готовности на основе минеральных вяжущих веществ, в том числе с использованием местных попутных продуктов теплоэнергетической и металлургической отраслей промышленности.

В связи с этим целью настоящей работы являлась разработка составов и исследование возможности применения сухих строительных смесей на основе отходов промышленности с эффективными полимерными добавками для ремонта асфальтобетонного покрытия и обеспечения его долговечности.

Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий

Своевременный ремонт асфальтобетонных покрытий в процессе эксплуатации является обязательным условием обеспечения надежности и долговечности конструкций дорожных одежд, способствует экономии эксплуатационных и транспортных затрат, повышает безопасность движения. Использование традиционных материалов и технологических приемов при ремонте не позволяет устранять появление новых деформаций и разрушений в течение длительного периода. В этой области в настоящее время используются технологии, основанные на применении материалов с нефтяными битумами или эмульсиями на их основе в виде мастичных составов с добавками, повышающими деформативные свойства. Практика эксплуатации покрытий с локализацией трещин и неглубоких выбоин указанными составами показывает, что деформативные свойства мастик и асфальтобетона практически несовместимы при низких отрицательных температурах. Это приводит к преждевременному разрушению мастичных композитов, что требует заделки трещин практически ежегодно. В наибольшей степени указанные обстоятельства приходится учитывать в суровых климатических условиях Красноярского края. Сложившаяся ситуация привела к поиску путей получения новых материалов и технологий, позволяющих повысить надежность и долговечность покрытия. Анализ литературных данных и практика эксплуатации автомобильных дорог показывают, что основной причиной возникновения разрушений на дорожном покрытии являются механические и пластические деформации, отсутствие достаточно надежного материала и технологии ремонта покрытия.

Широкие перспективы в этом направлении имеет ремонт покрытий эксплуатируемых автомобильных дорог с помощью композиций на основе сухих строительных смесей.

1.1. Виды деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий

В качестве основных причин возникновения дефектов на дорожном покрытии следует указать старение материала покрытия, перегруженность эксплуатируемых автомобильных дорог и качество строительства, характеризующееся неполноценным и неравномерным выполнением отдельных технологических операций, в частности уплотнения покрытия, (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Виды и причины деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог

Требования к эксплуатационному состоянию покрытия, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения согласно ГОСТ 50597–93 [33], предельно допустимые площади повреждений покрытия и сроки их устранения приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Требования к эксплуатационному состоянию дорожного полотна

Примечание. В скобках указаны значения повреждений для весеннего периода.

Устранение мелких повреждений в виде выбоин и трещин проводят в весенний период с момента наступления теплой и устойчивой погоды.

Установлено, что если требуемая площадь поверхности покрытия, нуждающегося в проведении ремонтных работ, находится в пределах до 10 % от общей площади, то эффективным является проведение локальных ремонтных работ. При превышении указанного предела поврежденной площади на участках протяженностью до 1–1,5 км целесообразнее выполнять работы по всей площади покрытия рассматриваемого участка.

В Красноярском крае в настоящее время находится в эксплуатации около 12 тыс. км автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием. По результатам ежегодных весенних обследований, начиная с 2000 г., выявлено, что по всей площади требуется ремонт покрытий около 120– 140 участков общей протяженностью по всей сети до 1 500 км при протяженности отдельных участков от 1 до 8 км. Кроме того, ежегодная потребность локального ремонта на оставшейся протяженности сети автомобильных дорог составляет от 4–8 % от площади покрытия [93].

1.2. Методы ремонта дорожного покрытия

Для обеспечения надежности и долговечности дорожных покрытий ежегодно требуется выполнение большого объема локального ремонта, который в дорожной практике принято называть ямочным.

Ямочный ремонт является самым распространенным методом заделки ям, выбоин, трещин и устранении других дефектов горячей асфальтобетонной смесью соответствующего состава ввиду его доступности. Распространенность этого метода можно объяснить широкой сетью асфальтобетонных заводов, находящихся в ведении дорожной эксплуатационной службы, наличием и доступностью исходных материалов для приготовления асфальтобетонной смеси и достаточным опытом выполнения технологических операций по ремонту асфальтобетонных покрытий.

Для выполнения требований ГОСТ 50597–93 [33] при ремонте дорожного полотна необходимо выполнять работы в следующей технологической последовательности: заделка выбоин и сколов; заделка трещин; восстановление эксплуатационных качеств (поверхностная обработка).

Приведенная последовательность основана на использовании традиционных ремонтных материалов. В целом к результатам ремонтных работ предъявляются следующие требования:

1. Восстановление до нормативных показателей плотности, прочности, ровности и шероховатости ремонтируемой части покрытия;

2. Обеспечение достаточного продолжительного срока службы до проведения повторных ремонтных работ с учетом общей протяженности дорог региона;

3. Доступность применяемых материалов и оборудования;

4. Выполнение технологических операций независимо от погодных условий и протяженности автомобильных дорог региона;

5. Сокращение срока ремонтных работ и открытие движения;

6. Высокая экономическая эффективность.

Как показывает практика эксплуатации участков после выполнения ремонтных работ с использованием горячих асфальтобетонных смесей, в большинстве случаев качество ремонта не отвечает требуемым показателям, в частности, не достигается нужное уплотнение смеси (коэффициент уплотнения не выше 0,96), что приводит к снижению прочностных показателей и долговечности за счет повышения водопоглощения. Ровность покрытия при совокупном анализе всего участка снижается. Выполнение технологических процессов напрямую зависит от погодно-климатических условий. Даже незначительные отклонения от учета температурного режима и погодных условий (в основном влажностных) приводят к резкому снижению качества ремонта и последующей работоспособности покрытия. Температурный режим при этом определяется не только погодными условиями, но и удаленностью ремонтируемых участков от завода по производству асфальтобетонной смеси. Кроме того, требование учета температурного режима существенно ограничивает период проведения ремонтных работ, что особенно актуально для Сибирского региона и в первую очередь для центральных и северных районов, климат которых характеризуется весьма непродолжительным периодом положительных температур и повышенной продолжительностью времени с жидкими атмосферными осадками. Следует отметить, что применение горячих асфальтобетонных смесей повышает общую продолжительность ремонтного времени за счет длительного набора эксплуатационных качеств смесью.

В последние годы заметно повышена доля ремонтных работ с использованием струйно-инъекционной холодной технологии, заделки выбоин и трещин на покрытии автомобильных дорог с применением битумной эмульсии [88]. Эта технология в настоящее время является наиболее передовой и прогрессивной для нашего региона, хотя в зарубежных странах применяется уже более 15 лет. По этой технологии используется чистый мелкий щебень фракции 5–10 мм и быстрораспадающаяся катионная или анионная битумная эмульсия с концентрацией 60 %. В зависимости от типа функциональной группы и свойств, проявляющихся в водных растворах, эмульсии разделяют на анионоктивные с образованием отрицательно заряженного иона органического остатка молекулы:

и катионоактивные с образованием положительно заряженного иона органического остатка молекулы:

где Х– – сульфат, хлорид, бромид, ацетат-гидроксильные ионы.

В катионоактивных эмульсиях содержатся соли первичных, вторичных и третичных аминов, а также четвертичные аммониевые соли. Принято считать, что катионоактивные эмульсии являются наиболее редкими и дефицитными для дорожной отрасли.

Катионная эмульсия обеспечивает надлежащее сцепление с каменными материалами из кислых горных пород (гранита и др.), анионная – эффективна при использовании материалов карбонатных и основных горных пород (известняк и др.) [71]. При этом необходимо в лабораторных условиях проверить степень прилипаемости битума к каменным материалам и время распада эмульсии, которое не должно превышать 30 мин.

Заделка выбоин и трещин струйно-инъекционным методом, как показывает отечественная и зарубежная практика, обеспечивает крепкую и долговечную заделку даже при температуре воздуха 10–15 °С, но проводить ремонтные работы этим методом во время дождя, снегопада невозможно, так как в этот период исключена очистка поверхности выбоин и трещин от влаги, пыли и мусора, то есть невозможна подгрунтовка ее битумной эмульсией. Указанные технологические особенности ремонта струйно-инъекционным методом приводят к существенному ограничению области его использования. В частности, требуется строго дозированный состав компонентов, существенно снижается период производства работ. Для сети дорог Красноярского края этот показатель, как правило, в 2– 4 раза меньше, что указывает на низкую эффективность этого метода.

В настоящее время разработаны технологии ремонта асфальтобетонных покрытий с использованием энергии инфракрасного [79, 136, 138], электромагнитного [2, 3] и сверхвысокочастотного нагрева [4, 5], что позволяет выполнять работы практически в любую погоду. Однако данные технологии требуют значительных затрат энергии, длительного разогрева выбоин и смеси (способ ИК-разогрева). Кроме того, в России не выпускается промышленное оборудование.

Предложенные технологии ремонта дорожных покрытий в США [98, 99] и Японии [100] с использованием пара нецелесообразны ввиду значительных затрат и отсутствия специальной техники.

В последнее время ограниченное применение для ремонта асфальтобетонных покрытий находит технология ресайклинга. Она позволяет наиболее эффективно использовать материал старой дорожной одежды, устранять трещины в старом покрытии на всю или большую часть глубины, что замедляет появление трещин на новом покрытии [133]. Сдерживает применение этой технологии отсутствие специальной техники. Качество ремонта и срок службы при этом находятся на уровне применения технологии горячей асфальтобетонной смеси.

Заслуживает внимания технология ремонта с применением литого асфальта, в котором важнейшей компонентой является мастика, состоящая из высоковязкого твердого битума, относительно большого количества минерального порошка и песка. Ремонтный материал, то есть приготовленный литой асфальт, содержит до 13 % битума и до 35 % минерального порошка, что делает его значительно дороже обычных горячих асфальтобетонных смесей. Кроме того, литой асфальт требует высокой температуры укладки, не ниже 220 °С, однако и срок его службы в 1,5–2 раза выше, чем по ранее рассмотренной технологии [25].

Известен способ ремонта дорожного покрытия, включающий нанесение на поверхность поврежденного дорожного покрытия увлажненной минеральной смеси и битума, разогретого до температуры 160–200 °С.

Компоненты для смешивания подают по разным шлангам под давлением 7–10 атм в сопло эжекционной торкретустановки, затем полученную битумоминеральную смесь под давлением наносят на дорожное покрытие [97].

Недостатком этого способа является дороговизна, обусловленная потребностью в специальном оборудовании и энергетическими затратами на разогрев битума.

Как отмечено выше, качество подготовки ремонтируемого участка оказывает существенное влияние на качество конечного процесса, поэтому применение вакуумно-струйно-инъекционной технологии заметно повышает качество ремонта, но требует усложнения всего технологического процесса и дополнительной специальной техники.

Отсюда следует, что технологии ремонта, основанные на применении органических вяжущих, не могут обеспечить всю полноту требований, предъявляемых к качеству ремонта, поэтому возникает необходимость применения альтернативных материалов, в частности использования ремонтных составов на минеральных вяжущих с введением некоторых специальных, в том числе органических, добавок. Кроме того, ремонтный состав должен отвечать требованиям стационарного приготовления с удлиненными сроками хранения, а также обеспечивать требуемую долговечность при эксплуатации и приведение смеси в рабочее состояние на месте ремонта.

1.3. Опыт применения композиционных составов из сухих строительных смесей в ремонтно‐строительных технологиях

Перспективным направлением в области ремонта дорожного покрытия является применение составов из сухих строительных смесей как материала полной заводской готовности.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.